JP2013070313A - 振動デバイス及び電子機器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】水晶振動子1は、水晶振動片10と、サーミスター20と、第1主面33に水晶振動片10が搭載された第1凹部34が設けられ、第1主面33の反対側の第2主面35にサーミスター20が収納された第2凹部36が設けられたパッケージベース31と、を備え、パッケージベース31の第2主面35には、水晶振動片10またはサーミスター20と接続された電極端子37a〜37dが設けられ、第2主面35における電極端子37a〜37dと第2凹部36との間には、電極端子37a〜37dと外部部材とを接合する図示しない接合部材の第2凹部36への侵入を規制する規制部50が設けられていることを特徴とする。
【選択図】図1
Description
また、集積回路素子が搭載されている上記第2の凹部空間に相当する第二の凹部に、樹脂を充填した構成の温度補償型圧電発振器(以下、圧電発振器という)が知られている(例えば、特許文献2参照)。
また、上記集積回路素子に代えて、容量素子やリアクタンス素子などのチップ型電子部品を、第2の凹部空間に相当する凹陥部内に実装した構成の圧電デバイスが知られている(例えば、特許文献3、特許文献4参照)。
近年、上記のような圧電発振器や圧電デバイスに代表される振動デバイスは、小型薄型化が進展し、各構成要素が余裕のない間隔でレイアウトされている。
これにより、上記特許文献1の圧電発振器は、集積回路素子(以下、電子素子という)と電極端子とが、この接合部材を介して短絡する虞がある。なお、上記特許文献3、特許文献4の圧電デバイスについても同様の虞がある。
しかしながら、この方策では、電子素子の交換が困難になるという問題、電子素子と樹脂との熱膨張係数の違いに起因する周囲の温度変化に伴う熱応力の発生によって、電子素子の性能が劣化する虞があるという問題や、例えば、電子素子が感温素子である場合には、樹脂の熱伝導率に起因する熱伝導の遅延により周囲の温度変化に対する感度が鈍くなるという問題がある。
これにより、振動デバイスは、外部部材への実装時に、規制部が接合部材としての、例えば、ハンダなどの収納部への侵入を規制することから、前述した特許文献2の圧電発振器のような樹脂を充填することなく、接合部材を介した電極端子と電子素子との短絡を回避することができる。
最初に、振動デバイスの一例としての水晶振動子について説明する。
図1は、第1実施形態の水晶振動子の概略構成を示す模式図である。図1(a)は、リッド(蓋体)側から見た平面図であり、図1(b)は、図1(a)のA−A線での断面図であり、図1(c)は、底面側から見た平面図である。なお、図1(a)では、リッドを省略してある。また、分かり易くするために、各構成要素の寸法比率は実際と異なる。
水晶振動片10は、振動部11の一方の主面13及び他方の主面14に形成された略矩形の励振電極15,16から引き出された引き出し電極15a,16aが、基部12に形成されている。
引き出し電極15aは、一方の主面13の励振電極15から、水晶振動片10の長手方向(紙面左右方向)に沿って基部12に引き出され、基部12の側面に沿って他方の主面14に回り込み、他方の主面14の励振電極16の近傍まで延在している。
引き出し電極16aは、他方の主面14の励振電極16から、水晶振動片10の長手方向に沿って基部12に引き出され、基部12の側面に沿って一方の主面13に回り込み、一方の主面13の励振電極15の近傍まで延在している。
励振電極15,16及び引き出し電極15a,16aは、例えば、Crを下地層とし、その上にAuが積層された構成の金属被膜となっている。
サーミスター20には、例えば、温度の上昇に対して抵抗が減少するNTC(Negative Temperature Coefficient)サーミスターと呼ばれるサーミスターが用いられている。NTCサーミスターは、温度と抵抗値の変化が比例的なため、温度センサーとして多用されている。
サーミスター20は、パッケージ30に収納され、水晶振動片10近傍の温度を検出することにより、温度センサーとして水晶振動片10の温度変化に伴う周波数変動の補正に資する機能を果たしている。
パッケージベース31には、セラミックグリーンシートを成形して積層し焼成した酸化アルミニウム質焼結体、水晶、ガラス、シリコン(高抵抗シリコン)などが用いられている。
リッド32には、パッケージベース31と同材料、または、コバール、42アロイ、ステンレス鋼などの金属が用いられている。
第1凹部34及び第2凹部36は、平面形状が略矩形であって、それぞれ第1主面33及び第2主面35の略中央部に設けられている。なお、水晶振動子1は、パッケージベース31の第1凹部34と第2凹部36とが、平面視で重なるように設けられることにより、パッケージ30の小型化が図られている。
水晶振動片10は、引き出し電極15a,16aが、金属フィラーなどの導電性物質が混合された、エポキシ系、シリコーン系、ポリイミド系などの導電性接着剤40を介して内部端子34b,34cに接合されている。これにより、水晶振動片10は、第1凹部34に搭載されたこととなる。
なお、パッケージベース31の気密に封止された第1凹部34内は、減圧された真空状態(真空度の高い状態)または窒素、ヘリウム、アルゴンなどの不活性ガスが充填された状態となっている。
サーミスター20は、電極21,22がハンダなどの接合部材41を介して電極パッド36b,36cに接合されている。これにより、サーミスター20は、第2凹部36に収納されたこととなる。
なお、サーミスター20は、長手方向がパッケージベース31の長手方向と交差(直交)するように配置されていることが好ましい。これにより、水晶振動子1は、パッケージベース31の反り(傾向的に長手方向の反りが大きい)に起因するサーミスター20の固定強度(接合強度)の低下を抑制することができる。
4つの電極端子37a〜37dの内、例えば、一方の対角に位置する2つの電極端子37b,37dは、水晶振動片10の引き出し電極15a,16aに繋がる内部端子34b,34cと接続され、他方の対角に位置する残りの2つの電極端子37a,37cは、サーミスター20の電極21,22に繋がる電極パッド36b,36cと接続されている。
なお、内部端子34b,34c、電極パッド36b,36c、電極端子37a〜37dは、例えば、W、Moなどのメタライズ層にNi、Auなどの各被膜をメッキなどにより積層した金属被膜からなる。
規制部50は、パッケージベース31の第2主面35に設けられた凹溝51を含んで構成され、凹溝51が平面視で第2凹部36を取り巻くように四角い枠状に形成されている。なお、凹溝51は、例えば、パッケージベース31の焼成前の段階で、第2主面35に四角い枠状の凸部を有した溝形成装置を押圧することにより形成することができる。
また、水晶振動子1は、サーミスター20が温度センサーとしてパッケージベース31における水晶振動片10近傍の第2凹部36内の温度を検出し、電極端子37a,37cを介して検出信号を出力する。
これにより、水晶振動子1は、外部部材としての、例えば、配線基板への実装時に、規制部50が接合部材としての、例えば、ハンダなどの第2凹部36への侵入を規制することから、前述した特許文献2の圧電発振器のような樹脂を充填することなく、接合部材を介した電極端子37a〜37dとサーミスター20との短絡や、サーミスター20の電極21,22同士の短絡を回避できる。
なお、図示しないが、規制部50の凹溝51は、第2主面35との間に段差のある面(例えば、第2主面35から1段下がった面や1段上がった面)に設けられていてもよい。
また、水晶振動子1は、電極端子37cをアース端子(GND端子)として接地することによりシールド性を更に向上させることができる。
(変形例1)
図2は、変形例1の水晶振動子の概略構成を示す模式図である。図2(a)は、リッド側から見た平面図であり、図2(b)は、図2(a)のA−A線での断面図であり、図2(c)は、底面側から見た平面図である。
なお、第1実施形態との共通部分には、同一符号を付して詳細な説明を省略し、第1実施形態と異なる部分を中心に説明する。
水晶振動子2は、規制部150がパッケージベース31の第2主面35に設けられた凸部151を含んで構成されている。
そして、水晶振動子2は、規制部150の凸部151が平面視で第2凹部36を取り巻くように四角い枠状に形成されている。
なお、凸部151は、例えば、パッケージベース31の焼成前の段階で、第2主面35をプレスして四角い枠状に凸部を***させることにより形成することができる。また、凸部151は、このようなパッケージベース31との一体構造ではなく、四角い枠状の別部材を第2主面35に設けた構成でもよい。また、凸部151の幅や高さは、ハンダなどの接合部材の塗布量(投入量)に応じて適宜設定される。
なお、図示しないが、規制部150の凸部151は、第2主面35との間に段差のある面(例えば、第2主面35から1段下がった面や1段上がった面)に設けられていてもよい。
図3は、変形例2の水晶振動子の概略構成を示す模式図である。図3(a)は、リッド側から見た平面図であり、図3(b)は、図3(a)のA−A線での断面図であり、図3(c)は、底面側から見た平面図である。
なお、第1実施形態との共通部分には、同一符号を付して詳細な説明を省略し、第1実施形態と異なる部分を中心に説明する。
水晶振動子3は、規制部250がパッケージベース31の第2主面35の一部を覆う、例えば、レジストなどの絶縁性を有する被膜251を含んで構成されている。
そして、水晶振動子3は、規制部250の被膜251が平面視で第2凹部36を取り巻くように四角い枠状に形成されている。
加えて、水晶振動子3は、被膜251の一部が四角い枠状部分から隣り合う電極端子37a,37bの間、電極端子37c,37dの間を通ってパッケージベース31の縁部まで延設されている。
加えて、水晶振動子3は、被膜251の一部が四角い枠状部分から隣り合う電極端子37a,37bの間、電極端子37c,37dの間を通ってパッケージベース31の縁部まで延設されていることから、隣り合う電極端子37a,37bの間、電極端子37c,37dの間におけるハンダなどの接合部材による短絡を確実に回避できる。
なお、被膜251は、フォトリソグラフィー技術やエッチング技術を用いることにより形成することができる。
なお、図示しないが、規制部250の被膜251は、第2主面35との間に段差のある面(例えば、第2主面35から1段下がった面や1段上がった面)に設けられていてもよい。
図4は、変形例3の水晶振動子の概略構成を示す模式図である。図4(a)は、リッド側から見た平面図であり、図4(b)は、図4(a)のA−A線での断面図であり、図4(c)は、底面側から見た平面図である。
なお、第1実施形態との共通部分には、同一符号を付して詳細な説明を省略し、第1実施形態と異なる部分を中心に説明する。
水晶振動子4は、電子素子が水晶振動片10を駆動する発振回路を備えたICチップ60となっている。
ICチップ60は、複数のパッド61が第2凹部36の底面36aに設けられた電極パッド36dに、例えば、Auバンプ、Alバンプ、異方性導電膜などの接合部材42を介してフリップチップ実装により接合されている。
ICチップ60の複数のパッド61は、電極パッド36dを介して図示しない内部配線により、内部端子34b,34c及び電極端子37a〜37dに接続されている。
なお、水晶振動子4は、電子素子としてのICチップ60が発振回路に加えて水晶振動片10の温度変化に伴う周波数変動を補正する温度補償回路を備えていることが好ましい。これによれば、水晶振動子4は、ICチップ60が水晶振動片10を駆動する発振回路と共に、水晶振動片10の温度変化に伴う周波数変動を補正する温度補償回路を備えていることから、発振回路が発振する共振周波数を温度補償することができ、温度特性に優れた水晶発振器を提供できる。
なお、水晶振動子4における規制部50には、変形例1、変形例2の規制部150,250の構成を適用してもよい。
図5は、変形例4の水晶振動子の概略構成を示す模式図である。図5(a)は、リッド側から見た平面図であり、図5(b)は、図5(a)のA−A線での断面図であり、図5(c)は、底面側から見た平面図である。
なお、第1実施形態との共通部分には、同一符号を付して詳細な説明を省略し、第1実施形態と異なる部分を中心に説明する。
水晶振動子5は、パッケージベース331の第1主面333が凹部のない平坦な面であり、この第1主面333に水晶振動片10を搭載する内部端子34b,34cが設けられている。
水晶振動子5は、リッド332のキャップ部分の膨らみにより、水晶振動片10の振動が可能な内部空間が確保されている。
リッド332は、つば部332aがシームリング、ろう材、導電性接着剤などの導電性接合部材338を介してパッケージベース331の第1主面333に接合されている。
水晶振動子5は、上記内部空間が第1実施形態と同様に、減圧された真空状態(真空度の高い状態)または窒素、ヘリウム、アルゴンなどの不活性ガスが充填された状態となっている。
この電極端子37cは、電極パッド36cを介してサーミスター20の電極22と電気的に接続され、アース端子(GND端子)となっている。
また、水晶振動子5は、リッド332と電気的に接続されている電極端子37cが、アース端子(GND端子)であることから、シールド性を更に向上させることができる。
なお、水晶振動子5の第1主面333側の構成は、変形例1〜3にも適用可能である。
次に、上述した水晶振動子を備えた電子機器として、携帯電話を一例に挙げて説明する。
図6は、第2実施形態の携帯電話を示す模式斜視図である。
携帯電話700は、第1実施形態及び各変形例の水晶振動子を備えた携帯電話である。
図6に示す携帯電話700は、上述した水晶振動子(1〜5のいずれか)を、例えば、基準クロック発振源などのタイミングデバイスとして用い、更に液晶表示装置701、複数の操作ボタン702、受話口703、及び送話口704を備えて構成されている。なお、携帯電話の形態は、図示のタイプに限定されるものではなく、いわゆるスマートフォンタイプの形態でもよい。
なお、振動片の材料としては、水晶に限定されるものではなく、タンタル酸リチウム(LiTaO3)、四ホウ酸リチウム(Li2B4O7)、ニオブ酸リチウム(LiNbO3)、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)、酸化亜鉛(ZnO)、窒化アルミニウム(AlN)などの圧電体、またはシリコン(Si)などの半導体でもよい。
また、厚みすべり振動の駆動方法は、圧電体の圧電効果によるものの他に、クーロン力による静電駆動であってもよい。
Claims (13)
- 振動片と、
電子素子と、
第1主面側に前記振動片が搭載され、前記第1主面の反対側の第2主面に設けられた凹状の収納部に前記電子素子が収納された容器体と、を備え、
前記容器体の前記第2主面側には、前記振動片または前記電子素子に接続された複数の電極端子が設けられ、
前記第2主面側における前記電極端子と前記収納部との間には、前記電極端子と外部部材とを接合する接合部材の前記収納部への侵入を規制する規制部が設けられていることを特徴とする振動デバイス。 - 請求項1に記載の振動デバイスにおいて、前記規制部は、前記第2主面側に設けられた凹溝を含んで構成されていることを特徴とする振動デバイス。
- 請求項2に記載の振動デバイスにおいて、前記規制部は、前記凹溝が平面視で前記収納部を取り巻くように形成されていることを特徴とする振動デバイス。
- 請求項1に記載の振動デバイスにおいて、前記規制部は、前記第2主面側に設けられた凸部を含んで構成されていることを特徴とする振動デバイス。
- 請求項4に記載の振動デバイスにおいて、前記規制部は、前記凸部が平面視で前記収納部を取り巻くように形成されていることを特徴とする振動デバイス。
- 請求項1に記載の振動デバイスにおいて、前記規制部は、前記第2主面側の一部を覆う被膜を含んで構成されていることを特徴とする振動デバイス。
- 請求項6に記載の振動デバイスにおいて、前記規制部は、前記被膜が平面視で前記収納部を取り巻くように形成されていることを特徴とする振動デバイス。
- 請求項1ないし請求項7のいずれか一項に記載の振動デバイスにおいて、前記電子素子は、サーミスターであることを特徴とする振動デバイス。
- 請求項1ないし請求項7のいずれか一項に記載の振動デバイスにおいて、前記電子素子は、前記振動片を駆動する発振回路を備えていることを特徴とする振動デバイス。
- 請求項9に記載の振動デバイスにおいて、前記電子素子は、前記振動片の温度変化に伴う周波数変動を補正する温度補償回路を備えていることを特徴とする振動デバイス。
- 請求項1ないし請求項10のいずれか一項に記載の振動デバイスにおいて、前記第1主面側は、前記振動片を覆う金属製の蓋体により気密に封止され、複数の前記電極端子のいずれか1つは、前記蓋体と電気的に接続されていることを特徴とする振動デバイス。
- 請求項11に記載の振動デバイスにおいて、前記蓋体と電気的に接続されている前記電極端子は、アース端子であることを特徴とする振動デバイス。
- 請求項1ないし請求項12のいずれか一項に記載の振動デバイスを備えたことを特徴とする電子機器。
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